摘要：在截面上引入梯度壁厚设计是一种很有前景的提高薄壁结构吸能效率和耐撞性能的方法。研究双面梯度厚度方形多胞管在轴向加载过程中的变形模式和能量吸收问题。基于简化的超折叠单元理论分析了通过引入梯度厚度提高吸能效率的可行性,确定了一种多胞管截面材料分布方式,并进行了数值仿真分析。仿真结果表明:在横截面引入梯度厚度使多胞管能量吸收效率(比吸能)最大增加了25%,明显改善了多胞管的载荷稳定性,且在提升比吸能的同时几乎不增加初始峰值力。此外,采用径向基神经网络法求解梯度厚度方形多胞管截面的结构优化问题,优化后管件的比吸能比均匀厚度多胞管增加了35%,验证了在翼板交汇区域增加材料的确可以有效提高多胞管的能量吸能效率。

摘要：抗垂向屈曲能力是列车碰撞过程中端部吸能结构重要性能指标。提出一种分级导向防爬吸能结构,通过显式动力学软件Pam-Crash对其吸能特性进行仿真分析,并对比研究分级与单级导向模式吸能特性。采用最优拉丁超立方设计方法进行采样,构建比吸能SEA和峰值力PCF关于结构设计参数的高阶响应面近似模型,并采用NSGA-Ⅱ遗传算法对其进行多目标优化,得到pareto前沿解集。在峰值载荷不变的情况下,优化的分级导向防爬结构的比吸能与能量均有明显增加。研究结果表明:分级导向防爬吸能结构不但能提供可观的能量吸收,而且可以缩减安装空间。

摘要：梯度厚度和多折角设计是提升薄壁结构吸能效率的两种有效策略,将这两种策略联合,提出了具有双面梯度厚度的多角薄壁结构(包括方管和非凸多角管),并对其在轴向冲击下的力学行特性进行了理论分析,推导了该结构的平均撞击力理论模型。基于显示非线性有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对该结构进行了仿真实验研究,且仿真实验结果与理论预测值有较好的一致性。实验结果表明:增加折角数和提升厚度梯度均可有效提升管件的吸能效率。作为梯度厚度策略与多角薄壁结构的联合,具有双面梯度厚度的非凸多角管相比传统均匀厚度的方管在比吸能上提高148%~205%,充分展现了这种联合策略在提升薄壁结构耐撞性方面的高效性。

摘要：进行了高速列车车体6005A-T6、6082A-T6铝合金的静态拉伸和动态压缩试验,识别了0.001~2 500 s^(-1)应变率范围内2种铝合金的材料应变率效应,建立了对应的Johnson-Cook本构模型;构建了高速列车典型车辆的显式动力分析模型,完成了刚性墙冲击车体过程仿真,研究了车钩稳态载荷、冲击速度、加载方式对车体承载极限的影响;分析了高速列车一号车和二号车车体在冲击载荷下的变形演化,通过应力变化临界点确定了车体的承载极限,并对列车在更高能量配置模式下的车体承载性能进行了验证。研究结果表明:在0.001~2 500 s^(-1)应变率范围内,6005A-T6和6082A-T6铝合金应变率敏感系数分别为2.9×10^(-3)和8.5×10^(-3),应变率效应不明显;纵向动态冲击载荷下,应变率强化对铝合金车体结构承载力影响不明显,惯性效应是其承载能力高于静态极限的主要原因;纵向冲击载荷从车钩位置传递时,一号车和二号车车体的动态承载力水平显著高于车体许用静态压缩载荷;冲击载荷下的车体结构承载力可为高速列车碰撞各界面能量分布问题中吸能元件平台力取值提供上界;可适当考虑提高车体许用压缩载荷以扩大列车端部吸能部件力学参数设计域,以满足更苛刻需求下的列车被动安全性能。

摘要：为提升防撞柱结构的耐撞性,基于拓扑优化方法得到防撞柱在多工况下的最优截面构型,并在显式动力学软件Ls-Dyna中建立其冲击有限元模型。利用最优拉丁超立方实验设计方法,构建了多胞防撞柱的比吸能与峰值力关于截面壁厚的多项式响应面代理模型,采用第二代非劣排序遗传算法对多目标优化问题进行了寻优计算,得到其Pareto前沿解集。优化结果表明:优化后的新型多胞防撞柱较传统单胞结构在满足轻量化要求的同时,其吸能量与比吸能均有显著提升。

摘要：为提高传统薄壁方管的吸能效率,受甲虫翅鞘微观小梁结构启发,提出了一种仿生层级薄壁方管(Bionic Hierarchical thin-walled Square Tube,BHST)。基于超折叠单元理论,建立了BHST平均压溃力理论模型。通过非线性有限元法分析BHST与传统多胞薄壁方管轴向吸能特性,研究了结构参数对BHST4-2结构耐撞性的影响。结果表明,理论预测与数值模拟结果吻合,相对误差均在7%以内。BHST具有优异的耐撞性。与二阶方管边长相比,壁厚对BHST4-2结构的耐撞性影响更显著。采用径向基函数(Radial Basis Function,RBF)模型和遗传算法对BHST4-2结构进行了多目标优化,得到了结构最优参数。研究结果为设计具有优异吸能特性的薄壁方管提供了新思路。

摘要：城市有轨电车多采用混合路权,即有轨电车与地面交通车辆、行人等共享路权。由于运营的特殊性,有轨电车发生碰撞事故概率较大,对其被动安全防护研究具有重要意义。EN 15227—2020标准针对C-IV类有轨电车增加了城市道路交通7.5 t障碍物碰撞工况,为得到符合标准的障碍物模型,对障碍物特性曲线进行参数反演,并应用符合标准的障碍物对车辆耐撞性进行评估。首先应用Hyper-Mesh软件建立城市道路交通7.5t障碍物有限元模型;然后应用Isight集成Pam-Crash软件对材料弹性模量及应力-应变曲线进行参数反演,得到符合标准的障碍物特性曲线;最后分别将障碍物标准曲线缩放至0.75及1.25倍,分析3种不同标准曲线下障碍物模型对有轨电车耐撞性评估的影响。结果表明:参数反演后得到的障碍物模型符合标准要求,可较好地对车辆耐撞性进行评估。相比于1.0倍标准曲线的障碍物模型,采用1.25倍标准曲线的障碍物模型,碰撞后障碍物吸能减少10.9%,撞击时冲击力峰值增加34.4%,列车司机室生存空间压缩量增大9.1%,1.25倍标准曲线下列车耐撞性指标偏保守;采用0.75倍标准曲线的障碍物模型,碰撞后障碍物吸能增加24.9%,撞击时冲击力峰值减少6.5%,列车司机室生存空间压缩量减少39.3%,0.75倍标准曲线下列车耐撞性指标偏高。

摘要：目前,铁路进入高速发展时期。随着列车的全面提速,如何评价列车在碰撞事故中的耐撞性能成为列车安全性能设计中的核心问题。以某地铁车辆为研究对象,运用大变形碰撞仿真分析软件PAM-CRASH,使用非线性弹簧单元模拟车钩结构,根据EN15227标准,从可控方式吸收能量、减速度、生存空间等多方面评价该车体的被动安全性能。

摘要：为优化某内燃机车排障器的结构性能和轻量化设计,对其进行多工况载荷下的拓扑和尺寸优化设计.运用OptiStruct软件对排障器进行基于变密度法的结构拓扑优化设计,确定排障器加强肋板的分布.随后,在拓扑优化的基础上运用尺寸优化设计方法对其进行轻量化设计,并对优化后排障器的强度和质量进行分析比较。对比得出,优化后排障器在两工况下最大应力降幅明显,均超过20.00%,质量减轻9.29%,结构应力分布更加均匀、合理,轻量化效果明显,为某内燃机车排障器设计提供了可行方案.

摘要：为了降低碰撞事故中乘员损伤,采用HybridⅢ型50%男性刚性假人,建立了包含座椅和桌板的假人碰撞分析模型。以桌板与假人H点的相对位置参数X、Z、厚度T为设计变量,设计三因子五水平的正交试验,研究了各变量对乘员头部、颈部、胸部和腿部损伤的影响规律;采用Kriging代理模型建立了桌板尺寸参数与颈部损伤参数Nij、综合损伤指标WIC之间的关系;采用NSGA-Ⅱ算法求解桌板参数优化设计问题,得到最优桌板尺寸参数,并进行优化方案验证。结果表明:优化后的桌板布局可以有效避免碰撞过程中头部与桌板的直接接触,头部损伤参数HIC_(15)降低了95%,颈部损伤参数N_(ij)降低了58%,胸部损伤参数ThAC降低了71%,左右腿股骨轴向力分别降低39%和37%,乘员碰撞损伤显著降低,桌板优化方案可为内饰安全设计提供参考。